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1、各种材料处理doc各种材料处理第五章 镀镍5.1镍的性质(1) 色泽:银白色,发黄(2) 结晶构造:FCC(3) 比重:8.908(4) 原子量:58.69(5) 原子序:28(6) 电子组态:1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d8 4S2(7) 熔点:1457 C(8) 沸点:2730 C(9) 电阻:6.84 uohs-cm(10) 抗拉强度:317 Mpa(11) 电解镍有较高硬度(12) 大气中化学性安定不易变色,在600 C以上才被氧化(13) 液中不被溶解(14) 镍抗蚀性比铜强,铜制品宜镀上镍(15) 镍易溶于稀硝酸,但在浓硝酸形成钝态不易溶解(16) 镍在硫酸、盐酸中溶

2、解比在稀硝酸溶解慢(17) 镍的标准电位-0.25伏特,比铁正,对钢铁是属于阴极性镀层 只有完全覆盖镍才能保护防止生锈(18) 镍易于抛光可做为电镀中间层(19) 当镍缺乏时可用铜锡合金代替5.2镀镍工程镍镀层的性质及外观能被控制而且操作范围很广,所以广泛被应用于装饰性工程性电镀及电铸(1) 装镜面光泽的特性工程性镀镍用于防腐蚀、耐磨、焊接性、磁性及其它特兴其镀层为纯 的镍镍电铸是用电镀的方法制造全镍质的零件及物品,如镍工具、模具、 铸模、 唱片压板(record stampers),无缝管、染印网(printing screens)电镀反应为Ni+2e-Ni,其中Ni是由水溶液中镍盐提供而由

3、阳极镍来补 充、阳极效率近100% ,大于阴极电流效率所以镀浴之 Ni 离子及 pH 会曾加，虽带出 (drag-out)可抵消Ni的增加,但有时仍不足须加水及其 它成份调节镀浴成份,并加酸来保持pH值镀镍一般可分为全光泽镍、半光泽镍、双重镍、三重镍、工程镍、犁 地镍、电镀镍及镀黑镍5.3装饰镍电镀其各种镀浴配方(见5.4),其主要成份为硫酸镍(nickel sulfate)、氯化镍(nickel chloride)及硼酸(boric acid)。硫酸镍主要是提供Ni的来源,氯化镍是帮助阳极镍溶解及导电性,硼酸是帮助镀层平滑及更具延性。 针孔防止剂 (anti-pitting)或润湿剂(wet

4、ting agent)可防止氢气泡停滞而形成针孔镀层,不 起泡沫之润湿剂可用空气搅拌减低表面张力。大部份的镍镀浴都属专利商 业配方,必须依照厂商提供的数据操作,典型的配方为瓦特镀浴(wattsath)。5.4装饰性镍镀浴配方由添加剂的控制可得全光泽镍(fully-bright nickel)、半光泽镍(semi-brightnickel)及犁地镍(satin-like nickel)。全光泽镍含硫成份0.060.1,其添加剂至少需二种有机,一种是光泽剂含硫成份如benzene sulfonamide, enzene disulfonic acid,benzene trisulfonic aci

5、d, napthalene trisulfonic acid。另外一种是平滑剂(leveling agent)如formaldehyde, comarin, ethylenecyanohydrin及butynediol。这二种添加剂混合使用可得到光泽平滑镍镀层, 其光泽作用主要是硫共同析出(codeposition)的结果。锌、镉,及硒(selenium)有光泽作用,半光泽镍只加平滑性添加剂所以不含硫,它很容易抛光而得到 光泽表面,但一省去抛光而直接再镀一层全光泽即为二种镍(duplex nickel) 更耐腐蚀。通常双重镍与半光泽镍镀层厚度比为1:3。另外在全光泽镍与 半光泽镍间再镀上很薄(

6、10全部厚度),一层含高硫份(0.15)的镍即为三 重镍(triple layer nickel),其耐蚀性更加。5.5 工程性镀镍(Engineering Nickel Plating) 镍具有优良的物理、机械及化学特性所以在工程或工业上应用很多,如防 止腐蚀、硬度、耐磨及磁性等。其镀层需无缺陷(defect-free)光泽性在这里 不很重要。其镀层之主要机械性质有:1.强度(tensile strength), 2.延展性 (elongation),3.硬度(hardness), 4.内应力(internal), 5.疲劳限度(fatigue life), 6. 氢脆性(hydrogen

7、embrittlement), 镍镀层常被应用于化学、石油、食品及饮 料工业上防止腐蚀,防止产品污染及保持产品纯洁。通常镍在氧化气氛下 容易腐蚀,而还原性下不易腐蚀,但镍本身会形成氧化物钝态膜保护。当其 氧化物保护膜被氯化物容液侵入则会形成针孔状腐蚀。一般镍镀层在中性 或碱性溶液可以保护住,但太多数矿物则会被腐蚀。5.6 工程镍镀浴配方(1) 瓦特浴(watts bath) 硫酸镍 NiSO47H2O 300g/l 氯化镍 NiCl26H2O 60g/l 硼酸 H3BO3 37.5g/l pH值 3 浴温 60C 电流密度 430A/m2(2) 全氯浴(all-chloride bath) 氯

8、化镍(NiCl26H2O) 300g/l 硼酸 H3BO3 37.5g/l pH值 3 电流密度 430A/m2(3) Sulfamate浴 Nickel Sulfamate Ni(H2NSO3)2 400g/l 硼酸 30g/l pH值 4.5 浴温 57C 电流密度 430A/m25.7 瓦特镀浴镍镀层机械性质之影响因素抗拉强度(tensile strength):随镍离子浓度增加而增加,操作范围内与浴 温,pH值,电流密度比较没有关连。延展性(elongation):随镍离子浓度增加而减少,温度增加至55C则增加,超 过55C则下降,与pH无关。硬度(hardness):随镍离子增加而增

9、加,温度上升至55C则减小,超过55C 则增加。内应力(internal stress):随镍离子增加而增加,氯化物增加则剧烈增加,电 流密度增加由减少变成增加。第六章 镀 铬6.1. 铬的性质 (1) 色泽 : 银白色，略带蓝色。 (2) 原子量 : 51996 。 (3) 比重 : 72。 (4) 熔点 : 1900 。C (5) 硬度 : 80010OOHB 。 (6) 标准电位 : 为一071 伏特。 (7) 在潮湿大气中很安定，能长久保持颜色。 (8) 硝酸,硫化物,碳酸塭及有机酸中很安定。 (9) 易溶于塭酸及热浓硫酸。 (10)苛性钠溶液中铬阳极易溶解。 (11)铬镀层耐热性佳，

10、在480C以下不变色，50O 以上才开始氧化，700C则硬度下降。 (12)铬镀层优点为硬度高、耐磨性好、光反射性强。 (13)铬镀层缺点为太硬易脆、易脱落。 (14)铬的电位比铁负,钢铁镀铬是属于阳极性保护镀层，而铬本身于大气中易形成极 薄的钝态膜，所以耐腐蚀。 (15)铬镀层具多孔性，所以对钢铁腐蚀性不很理想，所以一般先镀铜，再镀镍最后再镀一层 铬才能达到防腐蚀及装饰的目的 (16)铬镀层广泛应用在提高零件之耐腐蚀性、耐磨性、尺寸修补、反射光，及装饰等用途.6.2 铬电镀之种类 1.传统式铬酸镀铬。 2.催化物铬酸镀铬。 3.自动催化铬酸镀铬。 5.熙色铬箪镀。 6.滚桶镀铬 7.多孔铬电

11、镀 8.微裂铬电镀 9.无裂铬电镀 63 镀铬之特性 (1)须严格控制浴温、电流密度、极距等操作条件 (2)均一性差，对复杂形状镀件需适当处理。 (3)电流效率很低，须较大电流密度。 (4)阳极采用不溶解性阳极，铬须用铬酸补充。 (5)电镀过程中不许中断 (6)形状不同镀件不宜同槽处理，须用不同的挂具 (7)镀件预热与浴温一致，附着性才会好。 (8)镀件要彻底活化，要带电入槽，附着性才艮好 (9)需用冲击电流(大于正常50-100% ) 在开始电镀较复杂形状镀件 约2-3分钟而后慢慢降至正常电流密度范围内。64 镀铬之影响因素 (l) CrO3浓度与导电度关系 (2) 温度兴导电度之关系 (3

12、) CrO3浓度与电流效率之关系 (4) 硫酸浓度之影响 浓度低时，低电流密度下电流效率高，反之电流效率低 (5) 三价铬的影响 1. 三价铬很少时，沈积速率减媛。 2. 三价铬很高时，镀层变暗。 3. 三价铬增加，则导电度降低，需较大电压 4. 三价铬愈多，光泽范围愈小。 (6) 电流密度及温度的影向 1. 镀浴温度升高，电流效率降低。 2. 电流密度愈高，电流效率愈高。 3. 高电流密度，低温则镀层灰暗，硬度高脆性大，结晶粗大 4. 高温而低电流密度，镀层硬度小，呈乳白色，延性好，无网状裂纹，结晶细致，适 合装饰性的镀件。 5. 中等温度及中等电流密度，镀层硬度高，有密集的网状裂纹，光亮硬

13、质铬镀层。 (7)杂质的影响 1. 铁杂质，电解液不稳定，光泽镀层范围缩小，导电性变差,电压须 增高，去除铁杂质比三价铬还困难，要尽量防止铁污染，不要超过 10g/l 2. 铜、锌杂质，含量低时，对镀层影向不大，铜最好不要大于3g/l 3. 硝酸，是镀铬最有害的杂质，镀浴须严禁带入硝酸污染 (8) 阳极及电流分布之影响 1. 阳极较大，电流分布较不均匀使镀层厚度不均勺 2. 阳极面积大，三价铬形成较多。 3.复杂镀件，阳极宜用象形电极或辅助电极，使电流分布均匀。 4.阳极的铅易氧化，形成黑色的氧化铅及黄色的过氧化铅。过氧化铅 导电性不良，应立刻除去。 5.电流因尖端及边缘效应，造成镀层厚度不均

14、，可采用绝缘物遮盖尖 端或边缘。65 镀铬之挂架(Rack) 镀铬其镀浴均一性极差，电流效率很低，须使用较高电流密度，所以 挂架之设计要求对镀铬品质影响很大。其设计要点如下 (l) 安定不溶解。 (2) 导电顺利不发熟，需足够截面积。 (3) 与镀件接触良好。 (4) 结构以焊接方式，导电钩要弯成直角 (5) 非电镀部份要用绝缘物覆盖，以减少电流消耗。 (6) 结构要简单、易制造、轻便。 (7) 镀件放置位置要使气体自由逸出容易。 (8) 应用辅助电极、双极电极。 (9) 依镀件的形状、尺寸、数量及镀层用途等因素决定挂架之设计 66 镀铬之缺陷及其原因 (l) 镀层粗糙有颗粒 1. 电流太大。

15、 2. 阴极保护不当或末装。 3. 阴阳极太近。 4. 表面前处理不好， 5. 镀浴有浮悬杂质， 6.硫酸太少。 (2)镀层脱落 1. 前处理不良。 2. 中途断电。 3. 中途加冷水。 4. 预热不够。 (3) 局部无镀层 1. 电流太小。 2. 镀件互相遮盖。 3. 装挂不当，气体停滞。 (4) 镀层不均匀 1 挂具接触不良。 2 气体不易逸出。 3 阳极型状不当 (5) 沈积速度慢 1. 电流太小。 2. 三价铬太小。 3. 二极间距太大。 4. 镀件过大。 5. 槽内镀件过多。 (6) 镀层暗色 1. 温度太低。 2. 硫酸此例太少。 3. 三价铬太多。 (7) 镀层针孔 1. 前处理

16、不佳。 2. 气体停滞镀件表面上。 3. 镀件被磁化。 4. 浮悬杂质。 5. 表面活性剂。 6. 镀浴有磁性粒子。67 三价铬电镀 三价铭的电镀历史此六价铬久，其特点是只要六价铬所需的电流一半 ，电流效率较高，废液毒性小处理容易，但所用化学品昂贵，所以一直没 有被广泛采用，三价铬电镀一直积极地被研究，目前已有些专利及伤业配 力公开发行，其中特点在良好的被覆性及低铬浓度，使废液处理的问题减 小。详细资料由厂商提供，三价铬电镀的主要困难之一是六价铬会在镀浴 阳极形成，有专利配方可以防止或还元六价铬。68 镀铬之管理与维护(1) 每 天 1. 将镀槽添满镀浴。 2. 用低压空气彻底搅拌镀液。 3.

17、 检查温度控制器，绸整温度于正常范围内 4. 检查挂架并修护之。 5. 用最大宁流15垩J30分钟做净化罔解处理 6. 哈氏槽试验。(2) 每 周 1. 蒸发浓缩回收铬镀液倒回镀槽内。 2. 检验催化剂含量并补充需要。(3) 每 月 1. 检查镀浴金屏杂质(Zn 、Fe 、Cu 、Nj ) 2. 清洁及整理阳极。 3. 检查三价铬含量。(4) 每 年 1. 检查安培计及安培小时计。 2. 检查及校正温度控制器。 3. 清洁及修理所有槽外设施。 4. 整修通风罩、输送管路。 5. 镀液出清，去除积泥，清洁、检查及修理镀槽、加热管及导电棒 头。阳极整理及更换。69 镀铬的氢脆性 镀铬的电流效率非常

18、低，所以产生大量的氢气，会引起氢脆,尤其是 硬化钢、高强度钢更需注意，氢脆性增加的因素有 (1) 钢铁之硬化处理。 (4) 酸浸。 (2) 研磨 。 (5) 硬化厚度与镀层厚度 (3) 表面缺陷。去除氢脆方法有 : (l) 镀前先做应力消除(stress relieving) : 镀铬表面必须没有应力存 在，一般镀件经机械加工、研磨，或硬化热处理都有残留应力( residual stre6s) ， 可加热 150至230C消除残留应力。 (2) 镀后烘焙(baking) : 可依照规范QQ-C-320B及Mil-S-13165 处理。610 镀铬之回收及废物虚理 铬酸废液可用回收法或消毁( d

19、estroy )法处理，其选择因素有 : (1) 投资金额。 (6) 厂液童。 (2) 人工及维护成本。 (7) 铬酸之价格。 (3) 化学品价格。 (8) 水费 (4) 空间。 (9)环境保护之规范 (5) 公共设备成本。最好是减少废液生成，其方法有 : (1) 尽量滴干。 (4) 回收洗净水。 (2) 应用滴干囤收槽。 (5) 控制水的带入(drag-in)， (3) 挂架避免使镀件装水(cupping action) 。611 多孔铬电镀 在二次大战时，多孔铬电镀应用在飞机及引擎的活塞环piston， rings )及气缸导管(cylinder bores) 的制造和修补 , 多孔铬是一

20、般硬 铬镀层厚度超过0.004” 含有许多的孔(porous) 吸渗润滑剂，所以可防 止零件刮伤，引擎过热而夹死不动(seizing) 及擦伤( galling) 等 多孔铬的电镀方法有三种 : (I) 在粗糙或刻蚀的基材表面镀硬铬。 (2) 镀硬铬后用化学或电化学蚀刻。 (3) 控制镀浴的成份及操作条件、温度第七章 镀 锌7.1 锌及锌镀层之性质 (1)色泽 :浅灰色的金属 (2)比重:7.14 (3)原子量:65.37 (4)原子价 :2 (5)标准电位 :-0.7628v (6)熔点:419 (7)原子序:30 (8)沸点:907 (9)密度:7.13 (10)特性:脆.比较硬.加热至1

21、00150有较好的塑性.可延压及锻造加工,但到250 时又变脆. 干燥空气中锌较安定,在水中及潮湿空气中表面易形成碳酸盐或氧化物的白色模层具 有保护性,锌为两性金属,腐蚀于酸,.鰔及硫化物中,锌的标准电位较负,所以其镀层 属于阳极性保护,成本低,加工容易,效果良好,很多刚铁零件镀锌,但不易做摩擦性的镀层7.2 镀锌(Zinc Plating) (1)酸性镀锌(acid zinc plating) (2)碱性非氰化物镀锌(alkaline plating ) (3)氰化物镀锌(cyanide zinc plating )7.3 酸性镀锌形状简单镀件和做油漆底层用的较多,其优缺点如下优点 (1)可

22、得光泽,平滑,镀锌层相似的镀层 (2)可直接镀在碳化,氮化的钢铁上和铸铁上 (3)电流效率较高 (4)废液处理容易,只需用高ph值将锌沉淀 (5)导电性佳,节省电原 (6)产生氢脆性小 (7)可在较高温下得到光泽镀层 (8)镀浴安定,毒性小,成本低缺点 (1)镀浴腐蚀性强,镀槽及附属设备需加衬 (2)焊接及组合镀件不宜,会有渗流(bleadout) (3)厚镀层延性差 (4)结晶粗糙 (5)均一性差 (6)过滤,冷却管及冷冻设备需要有7.4碱性非氰化物镀锌(Alkaline Non-Cyanide Zinc Plating) 优点 1.毒性小2.废液处理容易,只需将锌沉淀3.成本低4.均一性好

23、5.可用刚镀槽缺点 1.镀浴成份需严格控制,每天要分析 2.前处理要求品质高 3.锌含量少时,电流效率降低 4.对金属杂质及硬水杂质敏感 5.镀层校氰化镀锌脆 6.需要添加剂,否则黑暗镀层出现 7.添加剂特殊,非一般性原料,需由厂商提供7.4.1碱性非氰化物镀锌浴(alkaline-non-cyanide bath)可用两种方法配制 1.阳极锌溶于苛性讷作用溶液 2.氧化锌与苛性讷做用溶解其配制程序如下 1.用少量的水在镀槽与氧化锌混合成浆,或最好用另外的配浴槽来做 2.将苛性钠和水慢慢搅加入三分之一量的水 3.充份搅扮一直到氧化锌完全溶解 4.加6磅/100加仑的锌粉并搅伴30至60分钟 5

24、.加以沉淀及过虑或倾倒入镀槽中 6.放入阳极锌板,用低电流密度电解去除杂质一个晚上 7.分析锌及苛性钠含量并调整成份加入添加剂其配方如下 氧化锌(zinc oxide) 1.5 oz/gal 苛性钠(caustic soda) 10 oz/gal 添加剂(addition agents) 依指示量 浴 温 70 115 F7.5 光泽氰化镀锌 优 点 1.使用历史悠久,经验较丰富 2.前处理要求比较不严格 3.被覆性优良 4.浴成份的分析及控制比较容易 5.镀层延性好 6.镀浴腐蚀性小缺 点 1.镀浴毒性强,须做氰化物废物处理 2.热处理及铸铁零件不能镀 3.需较高温度操作,否则得不到光泽镀层

25、,其温度必须在105F以上 4.镀浴导电性差 5.高电流密度下,电流效率剧降第八章 镀 镉8.1 镉及镉镀层性质(1) 色泽: 灰白色(2) 硬度: 300500 MPa(3) 原子量: 112.40(4) 比重: 8.65(5) 熔点: 321C(6) 原子价: 2(7) 标准电位: -0.4029V(8) 原子序: 48(9) 电子组态: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2(10)电阻: 6.83m W -cm(11)强度: 70MPa(12)沸点: 767C(13)结晶构造: hcp(14)化学性质: 与锌相似,但不溶解于碱液中,在室温空气

26、中不变色,在潮湿空气中会氧化形成保护膜可防止继续氧化腐蚀。镉的氧化物不溶于水，镉比锌较不易溶于酸, 但对硝酸作用强。镉熔化时产生有毒气体，其可溶性盐类也是有毒。镉对钢铁基材属于阴极保护镀层，但在高温或海洋气候下，则属于牺牲性阳极保护镀层。 8.2 镀镉在海洋性的环境与高温(70C以上)的热水，镉镀层耐腐性强，比较 安定。焊接性与润滑性良好，接触电阻抗力强，对碱性溶液很好抵抗性，氢脆性小，光泽性佳，附着力强。所以航空、航海及电子工业的零件很多用镀镉，镉镀层易抛光，磷酸盐化后可做油漆的 底层，但镉对人体有毒，食物之器具不能镀镉。8.3 镉电镀浴的种类可分为下列四种:(1) 碱性氰化物镀浴。 (3)

27、 酸性硼氟盐镀浴。 (2) 碱性硫酸盐镀浴。 (4) 中性硫酸盐镀浴。 应根据镀件的形状、镀层的要求，及镀浴均一性来做选择镀浴的种类。一般简单形状的镀件采用酸性镀浴，而复杂形状的镀件则采用碱性氰化物镀浴。碱性镀浴镀层结晶细致，均一性好，但有毒性、废液处理麻烦，电镀浴不稳定，阴阳极电流效率不一，空气二氧化碳会使镀浴形成碳酸钠和氰氢酸。酸性镀浴氢脆性较小。8.4 碱性氰化物镀镉浴配方氧化镉(cadimum oxide) 3 oz/gal碳酸钠(sodium carbonate) 48 oz/gal 氰化钠(sodium cyanide) 13.5 oz/gal 苛性钠(sodium hydroxi

28、de) 1.9 oz/gal 电流密度 590 ASF 浴温 60100 。F8.4.1 碱性氰化物镀镉浴之配制其步骤如下:() 先检查药品的品质是否符合。() 严守剧毒物品使用安全规则及良好通风设备。() 将需要量的氰化钠溶于少量的热水中（），不能温度太高，以免分解产生。（）在另一容器将须之苛性钠溶于水。（）将苛性钠溶液注入氰化钠溶液中。（）之氧化将所需镉加水混合成糊状，慢慢加入上述之混合液中，充份搅拌，完全溶解，温度可升高但不可高于。（）将其它添加剂溶于适量的水，依次加入。（）加入磅每的锌粉，充份搅扮分钟让溶液静置小时，过滤到镀槽内。（）取样分析及校正各成份。（）用电流空电解小时。（）添加

29、光泽剂。（）以电镀约二天使镀浴正常化。8.4.2 碱性氰化物镀镉浴之添加剂 添加剂在电镀浴中影响镀层的组织及外观，无机物添加剂如镍、钴、钼及硒等化合物，主要是改进镀层之外观及物理性质，有机物添加剂如乙醛(aldehyde)、葡萄糖、牛奶、糖、胶、糖蜜、磺酸(sulfonic acid)、土耳其红油、磺化蓖麻油等促使镀层细晶细致，改善均一性，并隐蔽金属杂质。添加剂超过一定量时，会使镀层变脆，产生气泡等。 8.4.3 氰化物镀镉之缺陷及原因(1) 镀层变色，有污渍，其原因有1. 底层金属有孔。2. 前处理未处理干净。3. 污手接触。(2) 镀层焦黑、粗糙及色暗，其原因有1. 电流密度过大。2. 游离氰化物太少。3. 有浮悬杂质。(3) 镀层附着性不良、表面起泡，其原因有1. 氰化物不足。2. 碱度过高。3. 前处理不良。4